城市绿地的喷灌设计简介

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简介： 从园林角度出发，介绍城市绿地喷灌系统的组成，喷头种类和应用范围。根据绿地灌水量，灌水周期，喷头布置形式以及喷灌管道水力计算进行的设计步骤，并由此确定绿地的喷灌制度。从而达到节水灌溉目的并能形成良好的景观效果。
关键字：喷灌 灌水量 喷灌制度 允许首尾喷头压力差

随着我国城市建设的飞速发展，人民生活水平的提高，城市绿地也更多的出现在我们的生活中。城市绿地可以有效的净化空气、吸滞粉尘、调节和改善小气候和美化环境的作用。相对来说，城市绿地具有乔灌结合、功能健全、种群稳定的特点。因此，合理的绿地喷灌设计是成功的城市景观的重要因素。

1  喷灌系统的定义

喷灌是将灌溉水通过由喷灌设备组成的喷灌系统或喷灌机组，形成具有一定压力的水，由喷头喷射到空中，形成细小的水滴，均匀的喷洒到土壤表面，为植物正常生长提供必要水分的一种先进灌水方法。与传统的地面灌水方法相比，喷灌具有节水、节能、省工和灌水质量高等优点。喷灌的总体设计应根据地形、土壤、气象、水文、植物配置条件，通过技术经济比较确定。

2  喷灌系统的组成

2.1 水源：一般多用城市供水系统作为喷灌水源，另外，井泉、湖泊、水库、河流也可作为水源。在绿地的整个生长季节，水源应有可靠的供水保证。同时，水源水质应满足灌溉水质标准的要求。

2.2 首部枢纽：其作用是从水源取水，并对水进行加压、水质处理、肥料注入和系统控制。一般包括动力设备、水泵、过滤器、加药器、泄压阀、逆止阀、水表、压力表，以及控制设备，如自动灌溉控制器、衡压变频控制装置等。首部枢纽设备的多少，可视系统类型、水源条件及用户要求有所增减。当城市供水系统的压力满足不了喷灌工作压力的要求时，应建专用水泵站或加压水泵室。

2.3 管网：其作用是将压力水输送并分配到所需灌溉的绿地区域。由不同管径的管道组成，如干管、支管、毛管等，通过各种相应的管件、阀门等设备将各级管道连接成完整的管网系统。喷灌常用的塑料管有硬聚氯乙烯管（PVC-U）、聚乙烯（PE）管等。应根据需要在管网中安装必要的安全装置，如进排气阀、限压阀、泄水阀等。

2.4 喷头：喷头用于将水分散成水滴，如同降雨一般比较均匀地喷洒在绿地区域。喷头是喷灌系统中最重要的部件，喷头的质量与性能不仅直接影响到喷灌系统的喷灌强度、均匀度和水滴打击强度等技术要素，同时也影响系统的工程造价和运行费用。故应根据植物配置和土壤性质的不同选择不同的喷头。

根据喷头适用对象不同，园林喷灌喷头分类见表-1：

表-1  园林喷灌喷头分类

喷头名称

适用对象

特点

微喷头

花园、温室及屋顶绿地

全圆或扇形喷洒，喷洒雨滴大小均匀；雾化效果好，有降温加湿作用

地埋式喷头

公园灌溉、公共绿地灌溉或运动场草坪

喷射仰角角度可调；全圆或按所需角度喷洒；水型均匀，不易形成地表径流；可更换喷嘴，易于清洗及保养

摇臂喷头

较大面积草坪及灌木

耐磨、不锈、性能稳定；有良好的抗风能力及防沙特性；工作压力在0.15MPa时即可正常运行

喷枪

农田、大面积草坪、森林绿地的喷灌。

射程远、雾化效果好、不易堵塞

3  喷灌系统的设计步骤

3.1 绿地设计灌水量的确定

绿地设计灌水量可按下式计算

    （1）

其中：

：绿地设计灌水量 （） ：土壤容量 （）

：计划湿润层深度  （mm）：适宜土壤含水量上限，下限（重量百分比） ：喷灌水的有效利用系数 一般取（0.7-0.9）

当现场资料缺乏的情况下，也可参照表-2中所列经验数据选取

表-2   绿地灌水量估算表

气象条件

湿  冷

干  冷

湿  暖

干  暖

湿  热

干  热

日需水量(mm)

2.5-3.8

3.8-5.0

3.8-5.0

5.0-6.4

5.0-7.6

7.6-11.4

注：表中“冷”指仲夏最高气温低于21℃；“暖”指仲夏最高气温21℃-32℃；“热”指仲夏最高气温高于32℃；“湿”指仲夏平均湿度大于50%；“干”指仲夏平均湿度低于50%。

3.2 土壤允许喷灌强度的校核

土壤的允许喷灌强度是影响选型的主要因素。土壤的允许喷灌强度是指单位时间内喷洒在地面上的水深。喷灌系统的设计喷灌强度不得大于土壤的允许喷灌强度。不同质地土壤允许喷灌强度可按表-3确定：

表-3   土壤允许喷灌强度表⑴

土壤类别

允许喷灌强度（mm/h）

土壤类别

允许喷灌强度（mm/h）

砂土

20

壤粘土

10

砂壤土

15

粘土

8

壤土

12

当地面坡度大于5%时，允许喷灌强度可按表-4确定：

表-4   土壤允许喷灌强度表⑵

地面坡度（%）

允许喷灌强度降低（%）

地面坡度（%）

允许喷灌强度降低（%）

5-8

20

13-20

60

9-12

40

＞20

75

3.3 绿地灌水周期的确定

    （2）

：绿地灌水周期

：日需水量，mm/d，取灌水临界期的平均日需水量

其中喷灌水的有效利用系数可根据风速条件选取：

风速低于3.4m/s   =0.8-0.9

风速为3.4~5.4m/s =0.7-0.8

3.4 喷灌喷头的布置

喷头的布置主要包括组合形式、喷头间距等，它合的理与否，直接关系到喷灌效果。

① 喷头的组合形式主要有矩形、菱形等形式，矩形组合适用于地形规则、平整的绿地，优点是设计简单，容易布置，但抗风能力差；菱形组合适用于地形不规则、起伏较大的绿地。这种形式抗风能力强，喷洒均匀度高，而且喷头数量较少，节省投资。但由于各支路水量不均，计算较为烦琐。

 
           （1）矩形组合                                  （2）菱形组合

② 喷头组合间距见表-5：

表-3   喷头组合间距

设 计 风 速  （m/s）

组合间距

垂直风向

平行风向

0.3-1.6

R

1.3R

1.6-3.4

（1.0-0.8）R

（1.3-1.1）R

3.4-5.4

（0.8-0.6）R

（1.1-1.0）R

注：⑴表中R指喷头射程 ⑵风向多变时采用垂直风向栏内数据。

3.5 建立喷灌制度

喷灌系统的工作制度可分为续灌和轮灌。续灌是对系统内所有管道同时供水，其优点是灌水及时，运行时间短便于管理；缺点是干管管径大，造价高，设备利用率低。故该工作制度仅适用于绿地植物配置单一且面积较小的情况。轮灌是将各个支管系统分为若干组，每组包括一个或者多个阀门，喷灌时通过干管向各个支管轮流配水。

3.6 管道的水力计算

完成上述工作后，即可计算各级管道的流量和水力计算。

① 确定支管管径

支管管径根据支管进口流量（）、支管长度（L）多孔系数（F）

以及允许首尾喷头压力变差（），用下列公式反求：

   （3）

：多口系数 ：支管长度（m）

：首位压力差 ：管径指数

：流量指数  ：流量（） ：摩阻系数

其中：首位压力差：  ：喷头工作压力（）

多口系数：   （4） 

：孔口数  ：多孔支管首孔位置系数（支管入口至第一个孔口的距离与孔口间距之比）

② 确定主管管径

主管管径可由喷灌制度中最多开启喷头数量的水量来确定，初定管径可参考表-6所列数值选取

表-6   主管管径选取表

道流量（）

管径（mm）

20

63或75

30

75或90

40

90或110

50

110或125

60

125或160

主管沿程水头损失对于PVC管，可按以下公式计算：

   （5）

：沿程水头损失（）   ：管道长度  （m）

：流量 （） d：管道内径

③ 管道的局部水头损失，可按下式计算：

  （6）

：局部水头损失（）   ：局部阻力系数

： 管道流速  （m/s）  ：重力加速度 （）

在实际工程中，管道的局部水头损失一般取沿程水头损失的10%-15%做为局部水头损失估算。

3.7 水泵的选择

根据以上计算流量和扬程，即可确定水泵型号。

水泵水量：   （7）

水泵扬程：  （8）

：同时工作喷头数   ：单喷头流量

：水泵出水口至最不利喷头间管道沿程水头损失之和 （）

：喷头设计工作压力（）

：水泵出水口至最不利喷头间局部水头损失之和（）

：水泵出水口中心线至最不利喷头高差  ( m )

4  结束语

设计合理的喷灌系统在满足需水要求的同时，可以满足景观和环境效果。精心设计的喷灌系统，通过正确选择喷头和进行喷点的布置，不仅满足绿地需水，而且在灌水时可以形成水动景观效果，提高草坪利用率和观赏价值。

  参考文献

[1]  ISBN 7-5038-1513-2  孟兆祯等 《园林工程》  2000年9月第三版  中国林业出版社 1996年  95-104页

[2]  ISBN 7-5074-1191-5  梁伊任（主编）  《园林建设工程》2000年1月第一版

中国城市出版社 2000年  1627-1667页

[3]  ISBN 7-80167-008-6  赵世伟（主编）  《园林工程景观设计》 2000年9月第一版  中国农业科技出版社   2000年   545-547页